γ-アミノ酸やδ-アミノ酸を含有する特殊環状ペプチドスクリーニング法の開発

• 研究課題/領域番号: 22KJ0868
• 補助金の研究課題番号: 22J12466 (2022)
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 基金 (2023); 補助金 (2022)
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分37030:ケミカルバイオロジー関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 三浦 敬 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2023-03-08 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円); 2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: ペプチド / 特殊環状ペプチド / 非天然アミノ酸 / 翻訳 / γ-アミノ酸 / 阻害剤 / リボソーム / δ-アミノ酸

研究開始時の研究の概要

γ-アミノ酸およびδ-アミノ酸は、天然生理活性ペプチドの部分構造に含まれることや、ペプチドの二次構造安定化への寄与が知られている。これらの非天然アミノ酸を含有するペプチドライブラリを構築し、スクリーニングを行うことにより、新規薬剤候補ペプチドの取得が可能になると期待される。本研究では、既存の特殊ペプチド翻訳合成法を改良し、ペプチドライブラリへのγ-アミノ酸およびδ-アミノ酸の翻訳導入を目指す。さらに、RaPID display法による標的結合ペプチドのセレクションを実施する。

研究実績の概要

薬剤候補ペプチドの探索において、構造多様性に富むペプチドライブラリを構築し、ハイスループットスクリーニングへと適用することが有効である。ペプチド鎖に非天然アミノ酸のγ-アミノ酸等を導入することで、タンパク質性アミノ酸のみからなるペプチドには見られない特殊な二次構造を誘起させることが可能であり、薬剤として必要なペプチダーゼ耐性や細胞膜透過性への寄与が期待される。中でも、γ-アミノ酸に加えてD-アミノ酸やβ-アミノ酸といった非天然アミノ酸を複数導入したペプチド（L-α/D-α/β/γ-ハイブリッドペプチド）は、ペプチダーゼ耐性のさらなる向上が期待される。そのうえ、L-α/D-α/β/γ-ハイブリッドペプチドライブラリは従来までのペプチドライブラリには成しえない構造多様性を持つことから、さらなる標的結合能や標的特異性の向上が期待される。昨年度までに最適化した翻訳系を用いて、本年度はL-α/D-α/β/γ-ハイブリッドペプチドライブラリを新規に作成し、RaPIDディスプレイによるスクリーニングを遂行した。
細胞膜受容体IFNGR1に対するスクリーニングの結果、標的結合能がナノモーラーレベルのL-α/D-α/β/γ-ハイブリッドペプチドが複数得られた。また、これらのペプチドはin vitroでIFNGR1/IFN-γタンパク質間相互作用を阻害すること確認された。さらに、含まれるγ-アミノ酸、D-アミノ酸、およびβ-アミノ酸はペプチダーゼ耐性や阻害活性に大きく寄与することが示された。したがって、本研究はペプチドスクリーニングにおける探索可能なケミカルスペースの拡大に貢献したうえに、構築された本ライブラリは今後多くの標的への応用が期待される。

研究成果

• [国際共同研究] オックスフォード大学/ニューカッスル大学/ダイアモンドライトソース(英国)
• [国際共同研究] オックスフォード大学/ニューカッスル大学/ダイアモンドライトソース(英国)
• [雑誌論文] Cyclic β2,3-amino acids improve the serum stability of macrocyclic peptide inhibitors targeting the SARS-CoV-2 main protease (2024)
  • 著者名/発表者名: Miura Takashi、Malla Tika R、Brewitz Lennart、Tumber Anthony、Salah Eidarus、Lee Kang Ju、Terasaka Naohiro、Owen C David、Strain-Damerell Claire、Lukacik Petra、Walsh Martin A、Kawamura Akane、Schofield Christopher J、Katoh Takayuki、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 未定 号: 5
  • DOI: 10.1093/bulcsj/uoae018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In vitro selection of macrocyclic peptide inhibitors containing cyclic γ2,4-amino acids targeting the SARS-CoV-2 main protease (2023)
  • 著者名/発表者名: Takashi Miura, Tika Malla, David Owen, Anthony Tumber, Lennart Brewitz, Michael McDonough, Eidarus Salah, Naohiro Terasaka, Takayuki Katoh, Petra Lukacik, Claire Strain-Damerell, Halina Mikolajek, Martin Walsh, Akane Kawamura, Christopher Schofield, Hiroaki Suga
  • 雑誌名: Nature Chemistry 巻: 15 号: 7 ページ: 998-1005
  • DOI: 10.1038/s41557-023-01205-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Ribosomal synthesis of macrocyclic D/L-α/β/γ-hybrid peptide libraries for discovery of IFNGR1 inhibitors (2023)
  • 著者名/発表者名: Takashi Miura, Takayuki Katoh, Hiroaki Suga
  • 学会等名: 13th International Peptide Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 環状γ-アミノ酸含有ペプチドを用いたSARS-CoV-2メインプロテアーゼ阻害剤のスクリーニング (2023)
  • 著者名/発表者名: 三浦敬, Tika Malla, David Owen, Anthony Tumber, Lennart Brewitz, Michael McDonough, Eidarus Salah, 寺坂尚紘, 加藤敬行, Petra Lukacik, Claire Strain-Damerell, Halina Mikolajek, Martin Walsh, Akane Kawamura, Christopher Schofield, 菅裕明
  • 学会等名: 日本薬学会第143年会
• [学会発表] 環状γ-アミノ酸含有ペプチドライブラリの構築およびSARS-CoV-2メインプロテアーゼ阻害剤のスクリーニング (2022)
  • 著者名/発表者名: 三浦敬, Tika Malla, David Owen, Anthony Tumber, Lennart Brewitz, Michael McDonough, Eidarus Salah, 寺坂尚紘, 加藤敬行, Petra Lukacik, Claire Strain-Damerell, Halina Mikolajek, Martin Walsh, Akane Kawamura, Christopher Schofield, 菅裕明
  • 学会等名: 第21回東京大学生命科学シンポジウム
• [学会発表] Ribosomal synthesis of a peptide library containing cyclic γ-amino acids for discovery of SARS-CoV-2 main protease inhibitors (2022)
  • 著者名/発表者名: Takashi Miura, Tika Malla, David Owen, Anthony Tumber, Lennart Brewitz, Michael McDonough, Eidarus Salah, Naohiro Terasaka, Takayuki Katoh, Petra Lukacik, Claire Strain-Damerell, Halina Mikolajek, Martin Walsh, Akane Kawamura, Christopher Schofield, Hiroaki Suga
  • 学会等名: 第59回ペプチド討論会
• [学会発表] De novo macrocyclic peptide inhibitors containing cyclic γ-amino acids targeting the SARS-CoV-2 main protease (2022)
  • 著者名/発表者名: Takashi Miura, Tika Malla, David Owen, Anthony Tumber, Lennart Brewitz, Michael McDonough, Eidarus Salah, Naohiro Terasaka, Takayuki Katoh, Petra Lukacik, Claire Strain-Damerell, Halina Mikolajek, Martin Walsh, Akane Kawamura, Christopher Schofield, Hiroaki Suga
  • 学会等名: Boulder Peptide Symposium
  • 国際学会